第二章 液压动力元件

第二章第二章 液压动力元件液压动力元件 液压动力元件起着向系统提供动力源的作用 是系统不可缺少的核心元件 液压系统是以液 压泵作为系统提供一定的流量和压力的动力元件 液压泵将原动机 电动机或内燃机 输出的机 械能转换为工作液体的压力能 是一种能量转换装置 第一节第一节 液压泵的概述液压泵的概述 一 液压泵的工作原理及特点一 液压泵的工作原理及特点 1 1 液压泵的工作原理液压泵的工作原理 图图 3 3 1 1 液压泵工作原理图液压泵工作原理图 液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的 故一般称为容积式液压泵 图 3 1 所示的 是一单柱塞液压泵的工作原理图 图中柱塞 2 装在缸体 3 中形成一个密封容积 a 柱塞在弹簧 4 的 作用下始终压紧在偏心轮 1 上 原动机驱动偏心轮 1 旋转使柱塞 2 作往复运动 使密封容积 a 的 大小发生周期性的交替变化 当 a 有小变大时就形成部分真空 使油箱中油液在大气压作用下 经吸油管顶开单向阀 6 进入油箱 a 而实现吸油 反之 当 a 由大变小时 a 腔中吸满的油液将顶开 单向阀 5 流入系统而实现压油 这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能 原动 机驱动偏心轮不断旋转 液压泵就不断地吸油和压油 2 2 液压泵的特点液压泵的特点 单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点 1 具有若干个密封且又可以周期性变化空间 液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位 时间内的变化次数成正比 与其他因素无关 这是容积式液压泵的一个重要特性 2 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力 这是容积式液压泵能够吸入油液的外 部条件 因此 为保证液压泵正常吸油 油箱必须与大气相通 或采用密闭的充压油箱 3 具有相应的配流机构 将吸油腔和排液腔隔开 保证液压泵有规律地 连续地吸 排液体 液压泵的结构原理不同 其配油机构也不相同 如图 3 1 中的单向阀 5 6 就是配油机构 容积式液压泵中的油腔处于吸油时称为压油腔 吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的 阻力吸油高度过高或吸油管路阻力太大 会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力 压油 腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失 从理论上讲排油压力与液压泵的流量无关 容积式液压泵排油的理论流量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速 而与排油压力无关 但 排油压力会影响泵的内泄露和油液的压缩量 从而影响泵的实际输出流量 所以液压泵的实际输 出流量随排油压力的升高而降低 液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类 按结构 形式可分为齿轮式 叶片式和柱塞式三大类 二 液压泵的主要性能参数二 液压泵的主要性能参数 1 1 压力压力 1 工作压力 液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力 工作压力的大小取决于外负载的 大小和排油管路上的压力损失 而与液压泵的流量无关 2 额定压力 液压泵在正常工作条件下 按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的 额定压力 3 最高允许压力 在超过额定压力的条件下 根据试验标准规定 允许液压泵短暂运行的最高 压力值 称为液压泵的最高允许压力 2 2 排量和流量排量和流量 1 排量 V 液压泵每转一周 由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵 的排量 排量可调节的液压泵称为变量泵 排量为常数的液压泵则称为定量泵 2 理论流量 qi 理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下 在单位时间内所排出的 液体体积的平均值 显然 如果液压泵的排量为 V 其主轴转速为 n 则该液压泵的理论流量 qi为 i qVn 3 1 3 实际流量 q 液压泵在某一具体工况下 单位时间内所排出的液体体积称为实际流量 它等 于理论流量 qi减去泄漏流量 q 即 i qqq 3 2 4 额定流量 qn 液压泵在正常工作条件下 按试验标准规定 如在额定压力和额定转速下 必 须保证的流量 3 3 功率和效率功率和效率 1 液压泵的功率损失 液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分 容积损失 容积损失是指液压泵流量上的损失 液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量 其 主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏 油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大 油 液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔 液压泵的容积损失用容 积效率来表示 它等于液压泵的实际输出流量 q 与其理论流量 qi之比即 ii i i i q q q qq q q 1 3 3 因此液压泵的实际输出流量 q 为 ivv qqVn 3 4 式中 V 为液压泵的排量 m3 r n 为液压泵的转速 r s 液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小 且随液压泵的结构类型不同而异 但恒 小于 1 机械损失 机械损失是指液压泵在转矩上的损失 液压泵的实际输入转矩 T0总是大于理论 上所需要的转矩 Ti 其主要原因是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩 损失以及液体的粘性而引起的摩擦损失 液压泵的机械损失用机械效率表示 它等于液压泵的理论 转矩 Ti与实际输入转矩 T0之比 设转矩损失为 T 则液压泵的机械效率为 l i m T T T T 1 1 0 2 液压泵的功率 输入功率 Pi 液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率 当输入转矩为 T0 角 速度为 时 有 0i pT 3 6 输出功率 Po 液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸 压油口间的压差 p 和输 出流量 q 的乘积 即 ppq 3 7 图 3 2 液压泵的特性曲线 式中 p 为液压泵吸 压油口之间的压力差 N m2 q 为液压泵的实际输出流量 m3 s p 为液压 泵的输出功率 N m s 或 W 在实际的计算中 若油箱通大气 液压泵吸 压油的压力差往往用液压泵出口压力 p 代入 3 液压泵的总效率 液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值 即 mv m i vi i T pq T pq p p 0 3 8 其中 pqi 为理论输入转矩 Ti 由式 3 8 可知 液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积 所以液压泵的输入功率 也可写成 i pq P 3 9 液压泵的各个参数和压力之间的关系如图 3 2 所示 第二节第二节 齿轮泵齿轮泵 齿轮泵是液压系统中广泛采用的一种液压泵 它一般做成定量泵 按结构不同 齿轮泵分为外啮 合齿轮泵和内啮合齿轮泵 而以外啮合齿轮泵应用最广 下面以外啮合齿轮泵为例来剖析齿轮泵 2 1 齿轮泵的工作原理和结构 齿轮泵的工作原理如图 3 3 所示 它是分离三片式结构 三片是指泵盖 4 8 和泵体 7 泵体 7 内装有一对齿数相同 宽度和泵体接近而又互相啮合的齿轮 6 这对齿轮与两端盖和泵体形成一 密封腔 并由齿轮的齿顶和啮合线把密封腔划分为两部分 即吸油腔和压油腔 两齿轮分别用键 固定在由滚针轴承支承的主动轴 12 和从动轴 15 上 主动轴由电动机带动旋转 图图 3 33 3 外啮合型齿轮泵工作原理外啮合型齿轮泵工作原理 CB B 齿轮泵的结构如图 3 4 所示 当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时 齿轮泵右侧 吸 油腔 齿轮脱开啮合 齿轮的轮齿退出齿间 使密封容积增大 形成局部真空 油箱中的油液在 外界大气压的作用下 经吸油管路 吸油腔进入齿间 随着齿轮的旋转 吸入齿间的油液被带到 另一侧 进入压油腔 这时轮齿进入啮合 使密封容积逐渐减小 齿轮间部分的油液被挤出 形 成了齿轮泵的压油过程 齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开 起配油作用 当齿轮泵 的主动齿轮由电动机带动不断旋转时 轮齿脱开啮合的一侧 由于密封容积变大则不断从油箱中 吸油 轮齿进入啮合的一侧 由于密封容积减小则不断地排油 这就是齿轮泵的工作原理 泵的 前后盖和泵体由两个定位销 17 定位 用 6 只螺钉固紧如图 3 3 为了保证齿轮能灵活地转动 同 时又要保证泄露最小 在齿轮端面和泵盖之间应有适当间隙 轴向间隙 对小流量泵轴向间隙为 0 025 0 04mm 大流量泵为 0 04 0 06mm 齿顶和泵体内表面间的间隙 径向间隙 由于密封带 长 同时齿顶线速度形成的剪切流动又和油液泄露方向相反 故对泄露的影响较小 这里要考虑 的问题是 当齿轮受到不平衡的径向力后 应避免齿顶和泵体内壁相碰 所以径向间隙就可稍大 一般取 0 13 0 16mm 为了防止压力油从泵体和泵盖间泄露到泵外 并减小压紧螺钉的拉力 在泵体两侧的端面上 开有油封卸荷槽 16 使渗入泵体和泵盖间的压力油引入吸油腔 在泵盖和从动轴上的小孔 其作 用将泄露到轴承端部的压力油也引到泵的吸油腔去 防止油液外溢 同时也润滑了滚针轴承 图 3 4 CB B 齿轮泵的结构 1 轴承外环 2 堵头 3 滚子 4 后泵盖 5 键 6 齿轮 7 泵体 8 前泵盖 9 螺钉 10 压环 11 密封环 12 主动轴 13 键 14 泻油孔 15 从动轴 16 泻油槽 17 定位销 2 22 2 齿轮泵存在的问题齿轮泵存在的问题 1 1 齿轮泵的困油问题 齿轮泵要能连续地供油 就要求齿轮啮合的重叠系数 大于 1 也就是当一对齿轮尚未脱开啮 合时 另一对齿轮已进入啮合 这样 就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间 在两对齿轮的齿向啮合线 之间形成了一个封闭容积 一部分油液也就被困在这一封闭容积中 见图 3 5 a 齿轮连续旋转 时 这一封闭容积便逐渐减小 到两啮合点处于节点两侧的对称位置时 见图 3 5 b 封闭容 积为最小 齿轮再继续转动时 封闭容积又逐渐增大 直到图 3 5 c 所示位置时 容积又变为最大 在封闭容积减小时 被困油液受到挤压 压力急剧上升 使轴承上突然受到很大的冲击载荷 使泵剧 烈振动 这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出 造成功率损失 使油液发热等 当封闭容积增大 时 由于没有油液补充 因此形成局部真空 使原来溶解于油液中的空气分离出来 形成了气泡 油液 中产生气泡后 会引起噪声 气蚀等一系列恶果 以上情况就是齿轮泵的困油现象 这种困油现象 极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命 图 3 5 齿轮泵的困油现象 为了消除困油现象 在 CB B 型齿轮泵的泵盖上铣出两个困油卸荷凹槽 其几何关系如图 3 6 所示 卸荷槽的位置应该使困油腔由大变小时 能通过卸荷槽与压油腔相通 而当困油腔由小变大 时 能通过另一卸荷槽与吸油腔相通 两卸荷槽之间的距离为 a 必须保证在任何时候都不能使压油 腔和吸油腔互通 按上述对称开的卸荷槽 当困油封闭腔由大变至最小时 图 3 6 由于油液不易从即将关闭的缝 隙中挤出 故封闭油压仍将高于压油腔压力 齿轮继续转动 当封闭腔和吸油腔相通的瞬间 高压油 又突然和吸油腔的低压油相接触 会引起冲击和噪声 于是 CB B 型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向 吸油腔侧平移了一个距离 这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开 油压没有突变 封 闭腔和吸油腔接通时 封闭腔不会出现真空也没有压力冲击 这样改进后 使齿轮泵的振动和噪声得 到了进一步改善 图 3 6 齿轮泵的困油卸荷槽图 图 3 7 齿轮泵的径向不平衡力 2 2 径向不平衡力 三 齿轮泵的径向不平衡力三 齿轮泵的径向不平衡力 齿轮泵工作时 在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用 如图 3 7 所示 泵的右侧为吸油 腔 左侧为压油腔 在压油腔内有液压力作用于齿轮上 沿着齿顶的泄漏油 具有大小不等的压力 就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力 液压力越高 这个不平衡力就越大 其结果不仅加速了轴承 的磨损 降低了轴承的寿命 甚至使轴变形 造成齿顶和泵体内壁的摩擦等 为了解决径向力不平衡 问题 在有些齿轮泵上 采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力 但这将使泄漏增大 容积效 率降低等 CB B 型齿轮泵则采用缩小压油腔 以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平 衡力 所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小 四 齿轮泵的流量计算四 齿轮泵的流量计算 齿轮泵的排量 V 相当于一对齿轮所有齿谷容积之和 假如齿谷容积大致等于轮齿的体积 那么 齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿容积体积的总和 即相当于以有效齿高 h 2m 和齿宽 构成的平面所扫过的环形体积 即 2 2VDhBzm B 3 10 式中 D 为齿轮分度圆直径 D mz cm h 为有效齿高 h 2m cm B 为齿轮宽 cm m 为齿轮模数 cm z 为齿数 实际上齿谷的容积要比轮齿的体积稍大 故上式中的 常以 3 33 代替 则式 3 10 可写成 2 6 66Vzm B 3 11 齿轮泵的流量 q 1 min 为 23 6 6610 v qzm Bn 3 12 式中 n 为齿轮泵转速 rpm v为齿轮泵的容积效率 实际上齿轮泵的输油量是有脉动的 故式 3 12 所表示的是泵的平均输油量 从上面公式可以看出流量和几个主要参数的关系为 1 输油量与齿轮模数 m 的平方成正比 2 在泵的体积一定时 齿数少 模数就大 故输油量增加 但流量脉动大 齿数增加时 模数就 小 输油量减少 流量脉动也小 用于机床上的低压齿轮泵 取 z 13 19 而中高压齿轮泵 取 z 6 14 齿数 z 14 时 要进行修正 3 输油量和齿宽 B 转速 n 成正比 一般齿宽 B 6 10 m 转速 n 为 750r min 1000 r min 1500r min 转速过高 会造成吸油不足 转速过低 泵也不能正常工作 一般齿轮的最大 圆周速度不应大于 5 6m s 五 高压齿轮泵的特点五 高压齿轮泵的特点 上述齿轮泵由于泄漏大 主要是端面泄漏 约占总泄漏量的 70 80 且存在径向不平衡力 故 压力不易提高 高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施 如尽量减小径向不平衡力和提高 轴与轴承的刚度 对泄漏量最大处的端面间隙 采用了自动补偿装置等 下面对端面间隙的补偿装 置作简单介绍 1 浮动轴套式 图 3 8 a 是浮动轴套式的间隙补偿装置 它利用泵的出口压力油 引入齿轮轴 上的浮动轴套 1 的外侧 A 腔 在液体压力作用下 使轴套紧贴齿轮 3 的侧面 因而可以消除间隙并可 补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量 在泵起动时 靠弹簧 4 来产生预紧力 保证了轴向间隙的密封 图 3 8 端面间隙补偿装置示意图 2 浮动侧板式 浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基本相似 它也是利用泵的出口压 力油引到浮动侧板 1 的背面 见图 3 8 b 使之紧贴于齿轮 2 的端面来补偿间隙 起动时 浮动 侧板靠密封圈来产生预紧力 3 挠性侧板式 图 3 8 c 是挠性侧板式间隙补偿装置 它是利用泵的出口压力油引到侧板的背 面后 靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的 侧板的厚度较薄 内侧面要耐磨 如烧结有 0 5 0 7mm 的磷青铜 这种结构采取一定措施后 易使侧板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相 适应 图 3 9 内啮合齿轮泵工作原理 六 内啮合齿轮泵六 内啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵的工作原理也是利用齿间密封容积的变化来实现吸油压油的 图 3 9 所示是内 啮合齿轮泵的工作原理图 它是由配油盘 前 后盖 外转子 从动轮 和偏心安置在泵体内的内 转子 主动轮 等组成 内 外转子相差一齿 图中内转子为六齿 外转子为七齿 由于内外转子是多 齿啮合 这就形成了若干密封容积 当内转子围绕中心 O1旋转时 带动外转子绕外转子中心 O2作同 向旋转 这时 由内转子齿顶 A1和外转子齿谷 A2间形成的密封容积 C 图中阴线部分 随着转子的 转动密封容积就逐渐扩大 于是就形成局部真空 油液从配油窗口 b 被吸入密封腔 至 A1 A2 位 置时封闭容积最大 这时吸油完毕 当转子继续旋转时 充满油液的密封容积便逐渐减小 油液受挤 压 于是通过另一配油窗口 a 将油排出 至内转子的另一齿全部和外转子的齿凹 A2全部啮合时 压油 完毕 内转子每转一周 由内转子齿顶和外转子齿谷所构成的每个密封容积 完成吸 压油各一次 当内转子连续转动时 即完成了液压 泵的吸排油工作 内啮合齿轮泵的外转子齿形是圆弧 内转子齿形为短幅外摆线的等距线 故又称为内啮合摆线 齿轮泵 也叫转子泵 内啮合齿轮泵有许多优点 如结构紧凑 体积小 零件少 转速可高达 10000r mim 运动平稳 噪 声低 容积效率较高等 缺点是流量脉动大 转子的制造工艺复杂等 目前已采用粉末冶金压制成型 随着工业技术的发展 摆线齿轮泵的应用将会 愈来愈广泛内啮合齿轮泵可正 反转 可作液压 马达用 图 3 9 所示是内啮合齿轮泵的工作原理图 第四节第四节 柱塞泵柱塞泵 柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵 与齿 轮泵和叶片泵相比 这种泵有许多优点 首先 构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞和缸孔 加 工方便 可得到较高的配合精度 密封性能好 在高压工作仍有较高的容积效率 第二 只需改 变柱塞的工作行程就能改变流量 易于实现变量 第三 柱塞泵中的主要零件均受压应力作用 材料强度性能可得到充分利用 由于柱塞泵压力高 结构紧凑 效率高 流量调节方便 故在需 要高压 大流量 大功率的系统中和流量需要调节的场合 如龙门刨床 拉床 液压机 工程机 械 矿山冶金机械 船舶上得到广泛的应用 柱塞泵按柱塞的排列和运动方向不同 可分为径向 柱塞泵和轴向柱塞泵两大类 4 14 1 径向柱塞泵径向柱塞泵 1 1 径向柱塞泵的工作原理 径向柱塞泵的工作原理如图 3 22 所示 柱塞 1 径向 排 列装在缸体 2 中 缸体由原动机带动连同柱塞 1 一起旋转 所以缸体 2 一般称为转子 柱塞 1 在 离心力的 或在低压油 作用下抵紧定子 4 的内壁 当转子按图示方向回转时 由于定子和转子 之间有偏心距 e 柱塞绕经上半周时向外伸出 柱塞底部的容积逐渐增大 形成部分真空 因此便 经过衬套 3 衬套 3 是压紧在转子内 并和转子一起回转 上的油孔从配油孔 5 和吸油口 b 吸油 当柱塞转到下半周时 定子内壁将柱塞向里推 柱塞底部的容积逐渐减小 向配油轴的压油口 c 压油 当转子回转一周时 每个柱塞底部的密封容积完成一次吸压油 转子连续运转 即完成压 吸油工作 配油轴固定不动 油液从配油轴上半部的两个孔 a 流入 从下半部两个油孔 d 压出 为了进行配油 配油轴在和衬套 3 接触的一段加工出上下两个缺口 形成吸油口 b 和压油口 c 留 下的部分形成封油区 封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔 以防吸油口和压油口相连通 但尺寸也不能大得太多 以免产生困油现象 图图 3 3 2222 径向柱塞泵的工作原理径向柱塞泵的工作原理 1 柱塞 2 缸体 3 衬套 4 定子 5 配油轴 2 径向柱塞泵的排量和流量计算 当转子和定子之间的偏心距为 e 时 柱塞在缸体孔中的行 程为 2e 设柱塞个数为 z 直径为 d 时 泵的排量为 V 4 d22ez 3 27 设泵的转数为 n 容积效率为 V 则泵的实际输出流量为 q 4 d22ezn V 2 d2 ezn V 3 28 4 2 轴向柱塞泵 1 轴向柱塞泵的工作原理 轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上 并使柱塞 中心线和缸体中心线平行的一种泵 轴向柱塞泵有两种形式 直轴式 斜盘式 和斜轴式 摆缸式 如图 3 23 所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理 这种泵主体由缸体 1 配油盘 2 柱塞 3 和斜盘 4 组成 柱塞沿圆周均匀分布在缸体内 斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度 柱塞靠机械装置或在低压 油作用下压紧在斜盘上 图中为弹簧 配油盘 2 和斜盘 4 固定不转 当原动机通过传动轴使缸体转 动时 由于斜盘的作用 迫使柱塞在缸体内作往复运动 并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油 如图 3 23 中所示回转方向 当缸体转角在 2 范围内 柱塞向外伸出 柱塞底部缸孔的密封工 作容积增大 通过配油盘的吸油窗口吸油 在 0 范围内 柱塞被斜盘推入缸体 使缸孔容积减小 通过配油盘的压油窗口压油 缸体每转一周 每个柱塞各完成吸 压油一次 如改变斜盘倾角 就 能改变柱塞行程的长度 即改变液压泵的排量 改变斜盘倾角方向 就能改变吸油和压油的方向 即 成为双向变量泵 图图 3 3 2323 轴向柱塞泵的工作原理轴向柱塞泵的工作原理 1 缸体 2 配油盘 3 柱塞 4 斜盘 5 传动轴 6 弹簧 配油盘上吸油窗口和压油窗口之间的密封区宽度 l 应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度 l1 但 不能相差太大 否则会发生困油现象 一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽 以减小冲击和噪 声 斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角 传动轴端部用万向铰链 连杆与缸体 中的每个柱塞相联结 当传动轴转动时 通过万向铰链 连杆使柱塞和缸体一起转动 并迫使柱塞在 缸体中作往复运动 借助配油盘进行吸油和压油 这类泵的优点是变量范围大 泵的强度较高 但和 上述直轴式相比 其结构较复杂 外形尺寸和重量均较大 轴向柱塞泵的优点是 结构紧凑 径向尺寸小 惯性小 容积效率高 目前最高压力可达 40 0MPa 甚 至更高 一般用于工程机械 压力机等高压系统中 但其轴向尺寸较大 轴向作用力也较大 结构比 较复杂 2 轴向柱塞泵的排量和流量计算 见图 3 23 柱塞的直径为 d 柱塞分布圆直径为 D 斜盘倾角 为 时 柱塞的行程为 s Dtan 所以当柱塞数为 z 时 轴向柱塞泵的排量为 V dV d2 2Dtan z 4Dtan z 4 3 29 设泵的转数为 n 容积效率为 v 则泵的实际输出流量为 V dV d2 2Dtan zDtan z n n v v 4 4 3 30 实际上 由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的 因而输出流量是有脉动的 当柱塞数为奇 数时 脉动较小 且柱塞数多脉动也较小 因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为 7 9 或 11 3 轴向柱塞泵的结构特点 1 典型结构 图 3 24 所示为一种直轴式轴向柱塞泵的结构 柱塞的球状头部装在滑履 4 内 以缸体作为支撑的弹簧 9 通过钢球推压回程盘 3 回程盘和柱塞滑履一同转动 在排油过程中借助 斜盘 2 推动柱塞作轴向运动 在吸油时依靠回程盘 钢球和弹簧组成的回程装置将滑履紧紧压在 斜盘表面上滑动 弹簧 9 一般称之为回程弹簧 这样的泵具有自吸能力 在滑履与斜盘相接触的部 分有一油室 它通过柱塞中间的小孔与缸体中的工作腔相连 压力油进入油室后在滑履与斜盘的接 触面间形成了一层油膜 起着静压支承的作用 使滑履作用在斜盘上的力大大减小 因而磨损也减小 传动轴 8 通过左边的花键带动缸体 6 旋转 由于滑履 4 贴紧在斜盘表面上 柱塞在随缸体旋转的同 时在缸体中作往复运动 缸体中柱塞底部的密封工作容积是通过配油盘 7 与泵的进出口相通的 随着传动轴的转动 液压泵就连续地吸油和排油 2 变量机构 由式 3 32 可知 若要改变轴向柱塞泵的输出流量 只要改变斜盘的倾角 即可 改变轴向柱塞泵的排量和输出流量 下面介绍常用的轴向柱塞泵的手动变量和伺服变量机构的工作 原理 手动变量机构 如图 3 24 所示 转动手轮 1 使丝杠 12 转动 带动变量活塞 11 作轴向移动 因导向键的作用 变量活塞只能作轴向移动 不能转动 通过轴销 10 使斜盘 2 绕变量机构壳体上 的圆弧导轨面的中心 即钢球中心 旋转 从而使斜盘倾角改变 达到变量的目的 当流量达到要求 时 可用锁紧螺母 13 锁紧 这种变量机构结构简单 但操纵不轻便 且不能在工作过程中变量 图 3 24 直轴式向柱塞泵结构 1 转动手轮 2 斜盘 3 回程盘 4 滑履 5 柱塞 6 缸体 7 配油盘 8 传动轴 图 3 25 伺服变量机构 1 阀芯 2 铰链 3 斜盘 4 活塞 5 壳体 伺服变量机构 图 3 25 所示为轴向柱塞泵的伺服变量机构 以此机构代替图 3 24 所示轴向 柱塞泵中的手动变量机构 就成为手动伺服变量泵 其工作原理为 泵输出的压力油由通道经单 向阀 进入变量机构壳体的下腔 d 液压力作用在变量活塞 4 的下端 当与伺服阀阀芯 1 相连结的 拉杆不动时 图示状态 变量活塞 4 的上腔 g 处于封闭状态 变量活塞不动 斜盘 3 在某一相应的位 置上 当使拉杆向下移动时 推动阀芯 1 一起向下移动 d 腔的压力油经通道 e 进入上腔 g 由于变 量活塞上端的有效面积大于下端的有效面积 向下的液压力大于向上的液压 故变量活塞 4 也随之 向下移动 直到将通道 e 的油口封闭为止 变量活塞的移动量等于拉杆的位移量 当变量活塞向下 移动时 通过轴销带动斜盘 3 摆动 斜盘倾斜角增加 泵的输出流入随之增加 当拉杆带动伺服阀阀 芯向上运动时 阀芯将通道 f 打开 上腔 g 通过卸压通道接通油箱而压 变量活塞向上移动 直到阀 芯将卸压通道关闭为止 它的移动量也等于拉杆的移动量 这时斜盘也被带动作相应的摆动 使倾 斜角减小 泵的流量也随之相应地减小 由上述可知 伺服变量机构是通过操作液压伺服阀动作 利 用泵输出的压力油推动变量活塞来实现变量的 故加在拉杆上的力很小 控制灵敏 拉杆可用手动 方式或机械方式操作 斜盘可以倾斜 18 故在工作过程中泵的吸压油方向可以变换 因而这种泵 就成为双向变量液压泵 除了以上介绍的两种变量机构以外 轴向柱塞泵还有很多种变量机构 如 恒 功率变量机构 恒压变量机构 恒流量变量机构等 这些变量机构与轴向柱塞泵的泵体部分组合就 成为各种不同变量方式的轴向柱塞泵 在此不一一介绍 第五节 液 压 泵 的 噪 声 噪声对人们的健康十分有害 随着工业生产的发展 工业噪声对人们的影响越来越严重 已引起 人们的关注 目前液压技术向着高压 大流量和高功率的方向发展 产生的噪声也随之增加 而在 液压系统中的噪声 液压泵的噪声占有很大的比重 因此 研究减小液压系统的噪声 特别是液压泵